Het is een uitdaging om voorspellingen te doen, vooral in de astronomie. Er zijn echter een paar voorspellingen waar astronomen op kunnen vertrouwen, zoals de timing van komende maan- en zonsverduisteringen en de uurwerkterugkeer van sommige kometen.

Nutsvoorzieningen, ver buiten het zonnestelsel kijken, astronomen hebben een solide voorspelling toegevoegd van een gebeurtenis die diep in de intergalactische ruimte plaatsvindt:een afbeelding van een exploderende ster, genaamd Supernova Requiem, die rond het jaar 2037 zal verschijnen. Hoewel deze heruitzending niet zichtbaar zal zijn voor het blote oog, sommige toekomstige telescopen zouden het moeten kunnen spotten.

Het blijkt dat deze toekomstige verschijning het vierde bekende beeld van dezelfde supernova zal zijn, vergroot, helderder, en opgesplitst in afzonderlijke afbeeldingen door een enorme cluster van sterrenstelsels op de voorgrond die als een kosmische zoomlens werken. Drie beelden van de supernova werden voor het eerst gevonden uit archiefgegevens die in 2016 werden genomen door NASA's Hubble Space Telescope.

De meerdere afbeeldingen worden geproduceerd door de krachtige zwaartekracht van de monstermelkwegcluster, die het licht van de supernova ver achter zich vervormt en vergroot, een effect dat zwaartekrachtlensvorming wordt genoemd. Voor het eerst voorspeld door Albert Einstein, dit effect is vergelijkbaar met een glazen lens die licht buigt om het beeld van een object in de verte te vergroten.

De drie supernovabeelden met lens, gezien als kleine puntjes vastgelegd in een enkele Hubble-momentopname, vertegenwoordigen licht van de explosieve nasleep. De stippen variëren in helderheid en kleur, die drie verschillende fasen van de vervagende explosie betekenen terwijl deze in de loop van de tijd afkoelde.

"Deze nieuwe ontdekking is het derde voorbeeld van een supernova met meerdere afbeeldingen waarvoor we de vertraging in aankomsttijden kunnen meten, ", legt hoofdonderzoeker Steve Rodney van de Universiteit van South Carolina in Columbia uit. "Het is de meest afgelegen van de drie, en de voorspelde vertraging is buitengewoon lang. We zullen in staat zijn om terug te komen en de uiteindelijke aankomst te zien, waarvan we voorspellen dat het in 2037 zal zijn, plus of min een paar jaar."

Het licht dat Hubble van de cluster ving, MACS J0138.0-2155, duurde ongeveer vier miljard jaar om de aarde te bereiken. Het licht van Supernova Requiem had naar schatting 10 miljard jaar nodig voor zijn reis, gebaseerd op de afstand van het gaststelsel.

De voorspelling van het team over de terugkeer van de supernova is gebaseerd op computermodellen van de cluster, die de verschillende paden beschrijven die het supernovalicht aflegt door het doolhof van klonterige donkere materie in de galactische groepering. Donkere materie is een onzichtbaar materiaal dat het grootste deel van de materie van het universum omvat en het fundament is waarop sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels zijn gebouwd.

Elk vergroot beeld neemt een andere route door het cluster en arriveert op een ander tijdstip bij de aarde, ten gevolge, gedeeltelijk, tot verschillen in de lengte van de paden die het supernovalicht volgde.

"Telkens wanneer er licht in de buurt van een zeer massief object komt, zoals een melkwegstelsel of melkwegcluster, de kromming van de ruimte-tijd die volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein voor elke massa aanwezig is, vertraagt ​​de reis van het licht rond die massa, ' zei Rodney.

Hij vergelijkt de verschillende lichtpaden van de supernova met meerdere treinen die tegelijkertijd een station verlaten, allemaal met dezelfde snelheid en op weg naar dezelfde locatie. Elke trein, echter, een andere weg inslaat, en de afstand voor elke route is niet hetzelfde. Omdat de treinen over verschillende spoorlengtes over verschillende terreinen rijden, ze komen niet tegelijkertijd op hun bestemming aan.

In aanvulling, het supernova-beeld met lens waarvan voorspeld is dat het in 2037 zal verschijnen, blijft achter bij de andere beelden van dezelfde supernova omdat het licht ervan direct door het midden van de cluster reist, waar de dichtste hoeveelheid donkere materie zich bevindt. De immense massa van de cluster buigt het licht, produceren de langere vertraging. "Dit is de laatste die aankomt, want het is als de trein die diep in een vallei moet gaan en er weer uit moet klimmen. Dat is de langzaamste soort reis voor licht, ' legde Rodney uit.

De supernovabeelden met lens werden in 2019 ontdekt door Gabe Brammer, een studie co-auteur bij het Cosmic Dawn Center van het Niels Bohr Institute, Universiteit van Kopenhagen, in Denemarken. Brammer zag de gespiegelde supernovabeelden terwijl hij verre sterrenstelsels analyseerde die werden vergroot door massieve clusters van voorgrondstelsels als onderdeel van een lopend Hubble-programma genaamd REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Hij vergeleek nieuwe REQUIEM-gegevens uit 2019 met archiefbeelden die in 2016 uit een ander Hubble-wetenschappelijk programma waren genomen. Een klein rood object in de gegevens van 2016 trok zijn aandacht, waarvan hij aanvankelijk dacht dat het een verafgelegen sterrenstelsel was. Maar het was verdwenen in de afbeeldingen van 2019.

"Maar dan, bij nadere inspectie van de gegevens van 2016, Ik zag dat er eigenlijk drie uitvergrote objecten waren, twee rode en een paarse, " legde hij uit. "Elk van de drie objecten was gekoppeld aan een lensafbeelding van een verre massieve melkweg. Het suggereerde me meteen dat het geen ver sterrenstelsel was, maar eigenlijk een voorbijgaande bron in dit systeem die in de beelden van 2019 uit het zicht was verdwenen als een gloeilamp die was uitgedoofd."

Brammer werkte samen met Rodney om een ​​verdere analyse van het systeem uit te voeren. De supernovabeelden met lens zijn gerangschikt in een boog rond de kern van de cluster. Ze verschijnen als kleine stippen in de buurt van de uitgesmeerde oranje kenmerken waarvan wordt gedacht dat het de vergrote foto's zijn van het gaststelsel van de supernova.

Studie co-auteur Johan Richard van de Universiteit van Lyon in Frankrijk produceerde een kaart van de hoeveelheid donkere materie in het cluster, afgeleid van de lenzen die het produceert. De kaart toont de voorspelde locaties van lensobjecten. Deze supernova zal naar verwachting opnieuw verschijnen in 2042, maar het zal zo zwak zijn dat het onderzoeksteam denkt dat het niet zichtbaar zal zijn.

Door de herhaling van de explosieve gebeurtenis vast te leggen, kunnen astronomen de tijdsvertragingen tussen alle vier de supernovabeelden meten. die aanwijzingen zullen geven over het soort terrein in de verwrongen ruimte dat het licht van de ontplofte ster moest bedekken. Gewapend met die metingen, onderzoekers kunnen de modellen verfijnen die de massa van het cluster in kaart brengen. Het ontwikkelen van nauwkeurige donkere-materiekaarten van massieve clusters van melkwegstelsels is een andere manier voor astronomen om de uitdijingssnelheid van het universum te meten en de aard van donkere energie te onderzoeken. een mysterieuze vorm van energie die tegen de zwaartekracht in werkt en ervoor zorgt dat de kosmos sneller uitdijt.

Deze tijdvertragingsmethode is waardevol omdat het een directere manier is om de uitdijingssnelheid van het universum te meten, Rodney legde het uit. "Deze lange vertragingen zijn bijzonder waardevol omdat je een goede, nauwkeurige meting van die vertraging als je gewoon geduld hebt en jaren wacht, in dit geval meer dan een decennium, om het uiteindelijke beeld terug te laten keren, " zei hij. "Het is een volledig onafhankelijk pad om de uitdijingssnelheid van het universum te berekenen. De echte waarde in de toekomst zal het gebruik van een grotere steekproef hiervan zijn om de precisie te verbeteren."

Met de lancering van NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope en de start van de operaties bij het Vera C. Rubin Observatorium zal het spotten van supernova's met een lens in de komende 20 jaar steeds gebruikelijker worden. Beide telescopen zullen grote delen van de hemel waarnemen, waardoor ze nog tientallen meervoudig afgebeelde supernova's kunnen spotten.

Toekomstige telescopen zoals NASA's James Webb Space Telescope zouden ook licht van supernova Requiem kunnen detecteren in andere tijdperken van de explosie. De resultaten van het team verschijnen op 13 september in het tijdschrift Natuurastronomie.